模拟锂离子电池内短路热失控的刺片、样品电芯及方法

摘要

本发明公开了一种模拟锂离子电池内短路热失控的刺片、样品电芯及方法，其中，该刺片包括金属片；所述金属片上设有至少一个向外延伸的尖角；所述尖角由具有温度记忆效应的合金制成；所述尖角沿远离所述金属片的方向直径逐渐变小；所述金属片的一侧贴靠在待测电池的正极片上，另一侧朝向待测电池的正极片与负极片之间的隔膜；所述尖角被设置为用于在待测电池的温度达到金属片的变形温度后，刺破所述隔膜，以使所述待测电池发生内短路。本发明能够模拟锂离子电池内短路热失控。

说明书

技术领域

本发明涉及电池测试技术领域，特别是一种用于模拟锂离子电池内短路热失控的刺片、样品电芯及方法。

背景技术

动力电池作为车辆的核心部件，关乎用车的安全，而对于电池来说，最大的维护就是电池的热失控，严重的将会导致电池出现自然甚至爆炸，当电池的热失控到达一定的温度后，会导致电池内部的温度急速上升，电池处于失控状态，随后发生燃烧爆炸。

根据电池的内部结构，导致电池出现热失控的原因有过热、过充、内短路、碰撞等是引发动力电池热失控的关键因素。电池内部短路、不合理的使用、制造缺陷或将电池放到极端的外界温度中都可能促使电池发生热失控。锂离子电池比原电池(非蓄电池，是电化学电池分类的一种)更容易发生热失控，当电池内部反应速率达到某个临界点，电池内部反应产生的热量超过能够散发出去的热量从而导致电池内部反应速率的增快和产生热量增加，电池发生热失控。在热失控中，大量热量被迅速释放，使整个电芯温度升高到900℃甚至更高。由于发生热失控的电芯的温度升高，周围的电芯温度同样升高。如果周围电芯的温度持续升高，这些电芯也可能发生热失控，导致一个电芯的热失控蔓延到整个电池包从而使使用此电池包的系统遭受广泛的损害。

目前针对单体热失控的测试方法有很多，典型的是采用加热丝缠绕电芯外壳，通过加热丝对电芯进行加热，热量由外部传递至内部，使得内部的电芯温度上升引发电芯内短路，促使电芯热失控。因该测试方式触发电芯热失控的热量源自外部加热丝，并非电芯本身内短路而带来的热量，所以该测试方法有一定的缺陷，并不能准确地模拟电芯真实的内短路造成热失控。

综上所述，现有技术中对电芯热失控的触发并非电芯真实内短路引起，因此，评估的依据具有局限性，并且这种评价方法非常依赖专业技术人员的知识和经验水平。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于模拟锂离子电池内短路热失控的刺片，以解决现有技术中的不足，它能够模拟锂离子电池内短路热失控。

本发明提供了一种用于模拟锂离子电池内短路热失控的刺片，其中，包括金属片；

所述金属片上设有至少一个向外延伸的尖角；所述尖角由具有温度记忆效应的合金制成；

所述尖角沿远离所述金属片的方向直径逐渐变小；

所述金属片的一侧贴靠在待测电池的正极片上，另一侧朝向待测电池的正极片与负极片之间的隔膜；

所述尖角被设置为用于在待测电池的温度达到金属片的变形温度后，刺破所述隔膜，以使所述待测电池发生内短路。

如上所述的用于模拟锂离子电池内短路热失控的刺片，其中，可选的是，所述金属片的一侧边沿处设有豁口，所述尖角位于所述豁口内，且所述尖角的尖端方向与所述豁口的方向一致；

所述金属片与待沿的电池的正极片粘接。

如上所述的用于模拟锂离子电池内短路热失控的刺片，其中，可选的是，所述金属片由具有温度记忆效应的合金制成。

如上所述的用于模拟锂离子电池内短路热失控的刺片，其中，可选的是，所述尖角的数量为至少三个。

本发明还提出了一种用于模拟锂离子电池内短路热失控的样品电芯，其中包括如上任一项所述的用于模拟锂离子电池内短路热失控的刺片；

还包括正极片、负极片和隔膜；

所述正极片、所述隔膜和所述负极片依次层叠设置，所述金属片设置在所述正极片与所述隔膜之间；安装在所述金属片上的所述尖角位于所述正极片与所述隔膜之间，所述尖角被设置为用于在所述样品电芯的温度达到所述尖角的变形温度后刺破所述隔膜，以使所述正极片与所述负极片发生内短路。

如上所述的用于模拟锂离子电池内短路热失控的样品电芯，其中，可选的是，所述样品电芯上设有多个温感线，所述温感线被设置为用于测量所述样品电芯的温度。

如上所述的用于模拟锂离子电池内短路热失控的样品电芯，其中，可选的是，所述温感线的数量不少于5个，且其中一个所述温感线用于检测所述样品电芯的正极的温度，一个所述温感线用于检测所述样品电芯的负极温度，至少三个所述温感线均匀分布在所述样品电芯上。

本发明还提出了一种模拟电池内短路热失控的方法，其中，包括如下步骤，

S1，将如上任一项所述的刺片，贴在正极片，并使之位于正极片与隔膜之间，制成电芯；

S2，在步骤S1中制成的电芯上布置温感线，以形成样品电芯；

S3，将样品电芯置于密封的环境仓内，同时监控样品电芯的电压；

S4，对环境仓进行加热，使样品电芯的温度达到所述尖角的变形温度；

S5，观察样品电芯上各温感线的温度变化，直至样品电芯发热失控结束。

与现有技术相比，本发明通过在电芯内设置刺片，由于刺片上的尖角由具有温度记忆效应的合金制成，从而使得电芯被加热到一定的温度后，尖角发生变形，向靠近所述隔膜的一侧弯曲从而刺破所述隔膜，使正极片与负极片发生内短路。从而能够准确模拟锂离子电池内短路热失控。

附图说明

图1是本发明公开的刺片的结构示意图；

图2是本发明公开的样品电芯的结构示意图；

图3是本发明公开的温感线的安装结构示意图；

图4是实施例3提出的测试方法的步骤流程图。

附图标记说明：1-金属片，2-尖角，3-正极片，4-负极片，5-隔膜，6-豁口，7-温感线。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

实施例1

本发明的实施例：如图1到图3，本实施例提出了一种用于模拟锂离子电池内短路热失控的刺片，其中，包括金属片1，所述金属片1上设有至少一个向外延伸的尖角2；所述尖角2由具有温度记忆效应的合金制成。具体地，所述尖角2由记忆合金制成，需要指出的是，具有温度记忆效应的合金，是指，在达到特定的温度时，合金的形状发生变化。简单地说，该合金在常温下具有一种形状，而在达到特定的高温时的，就会变形成另一种形状。具体到本实施例中，尖角2在常温下与金属片1位于同一平面内，而当温度达到到特定的高温时，尖角2会朝向隔膜的一侧弯折。

实施时，合金可以为铜镍系合金、铜铝系合金、铜锌系合金、铁系合金等。对于具体合金材料的选择，则是根据不同锂离子测试时所需要加热到的温度进行选择。如，可以是100℃、可以是70℃，还可以是加热到60℃就进行测试。当然，具体测试时，根据电芯的不同来选择60℃-100℃之间的任意值。

具体地，所述尖角2沿远离所述金属片1的方向直径逐渐变小；具体实施时，所述尖角2对应的角度介于20到70度之间。

所述金属片1的一侧贴靠在待测电池的正极片3上，另一侧朝向待测电池的正极片3与负极片4之间的隔膜5；所述尖角2被设置为用于在待测电池的温度达到金属片1的变形温度后，刺破所述隔膜5，以使所述待测电池发生内短路。

使用时，对电芯进行加热，当加热温度达到尖角2的变形温度时，尖角2发生弯折，从而将隔膜刺破，形成类似电芯内部颗粒或者毛刺等缺陷导致电芯发生内短路的现象，当电芯发生内短路后，电芯内部温度逐渐上升，当到达隔膜收缩温度时，隔膜收缩导致正负极片大面积接触，内短路愈发严重，温度加速上升，电芯电压急剧下降，电芯发生热失控，从而达到模拟内短路热失控的效果。

进一步地，所述金属片1的一侧边沿处设有豁口6，所述尖角2位于所述豁口6内，且所述尖角2的尖端方向与所述豁口6的方向一致；所述金属片1与待沿的电池的正极片3粘接。且实施时，所述金属片1与所述正极片3导通，以便于实施发生内短路。

更进一步地，所述金属片1由具有温度记忆效应的合金制成。所述尖角2的数量为至少三个。将所述尖角设置为多个，有利于保证测试时的可靠性。

实施例2

请参照图1到图3，本实施例提出了一种用于模拟锂离子电池内短路热失控的样品电芯，其中，包括实施例1所述的用于模拟锂离子电池内短路热失控的刺片；还包括正极片3、负极片4和隔膜5。具体地，关于所述样品电芯的制作，所述样品电芯的制作流程仅在于增加了刺片，因此，本领域技术人员能够实现。

具体地，所述正极片3、所述隔膜5和所述负极片4依次层叠设置，所述金属片1设置在所述正极片3与所述隔膜5之间；安装在所述金属片1上的所述尖角2位于所述正极片3与所述隔膜5之间，所述尖角2被设置为用于在所述样品电芯的温度达到所述尖角2的变形温度后刺破所述隔膜5，以使所述正极片3与所述负极片4发生内短路。

使用时，对样品电芯进行加热，当加热温度达到尖角2的变形温度时，尖角2发生弯折，从而将隔膜刺破，形成类似样品电芯内部颗粒或者毛刺等缺陷导致样品电芯发生内短路的现象，当样品电芯发生内短路后，样品电芯内部温度逐渐上升，当到达隔膜收缩温度时，隔膜收缩导致正负极片大面积接触，内短路愈发严重，温度加速上升，样品电芯电压急剧下降，样品电芯发生热失控，从而达到模拟内短路热失控的效果。

更具体地，为了监控样品电芯在测试时的温度变化情况，所述样品电芯上设有多个温感线7，所述温感线7被设置为用于测量所述样品电芯的温度。更具体，所述温感线7的数量不少于5个，且其中一个所述温感线7用于检测所述样品电芯的正极的温度，一个所述温感线7用于检测所述样品电芯的负极温度，至少三个所述温感线7均匀分布在所述样品电芯上。在本实施例中，优选11个温感线，其中，两个分别安装在样品电芯的正极和负极上，其他9个则安装在样品电芯上。

实施例3

请参照图4，本实施例提出了一种模拟电池内短路热失控的方法，包括如下步骤，S1，将如实施例1所述的刺片，贴在正极片3上，并使之位于正极片3与隔膜5之间，制成电芯；具体实施时，可以是放置多个刺片。S2，在步骤S1中制成的电芯上布置温感线7，以形成样品电芯；S3，将样品电芯置于密封的环境仓内，同时监控样品电芯的电压；S4，对环境仓进行加热，使样品电芯的温度达到所述尖角2的变形温度；S5，观察样品电芯上各温感线7的温度变化，直至样品电芯发热失控结束。在测试时，对样品电芯进行加热，当加热温度达到尖角2的变形温度时，尖角2发生弯折，从而将隔膜刺破，形成类似样品电芯内部颗粒或者毛刺等缺陷导致样品电芯发生内短路的现象，当样品电芯发生内短路后，样品电芯内部温度逐渐上升，当到达隔膜收缩温度时，隔膜收缩导致正负极片大面积接触，内短路愈发严重，温度加速上升，样品电芯电压急剧下降，样品电芯发生热失控，从而达到模拟内短路热失控的效果。如此能够精确模拟样品电芯电池内短路热失控的情况。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。